Utilizan neutrones para investigar la producción de bioenergía más limpia y eficiente

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Los países nórdicos, como Suecia, dependen en gran medida de los combustibles derivados de la biomasa para alimentar sus hogares y negocios. Sin embargo, en el proceso de quemar biomasa como madera o paja, se liberan gases que pueden contaminar el aire, dañar el medio ambiente y afectar la salud pública.  

Para mitigar estos efectos negativos, Frederik Ossler, profesor asociado de la Universidad de Lund, Suecia, y Charles Finney, del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía (DOE) de EEUU, están estudiando nuevos enfoques para una conversión de energía más limpia de la biomasa. Usando la dispersión de neutrones en ORNL, Ossler y Finney están investigando cómo se degradan los diferentes tipos de biomasa a medida que se exponen a temperaturas extremas. Los conocimientos de sus experimentos también podrían apuntar a posibles aplicaciones para los subproductos de la producción de bioenergía.  

«Un objetivo a corto plazo es proporcionar información sobre la forma en que la biomasa se piroliza -basicamente cómo se degradan en los entornos térmicos- para mejorar los modelos que los investigadores utilizan para estos procesos», dijo Finney, investigador de Combustibles de ORNL y del Grupo de Investigación de Motores en la División de Ciencias de la Energía y del Transporte.  

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Los neutrones son muy adecuados para este tipo de experimentos porque no son destructivos, pueden penetrar los materiales más profundamente que los rayos X y son muy sensibles a elementos ligeros como el hidrógeno.  

Ossler y Finney observaron muestras de biomasa de madera, paja y corcho cuando se expusieron al vacío a temperaturas tan altas como 1.000 ° C (1.832 ° F). Utilizaron la línea de luz IMAGING CG-1D en el Reactor de Isótopo de Alto Flujo (HFIR) de ORNL. Al analizar el hidrógeno y otros gases emitidos, los investigadores pueden comprender cómo cambian las estructuras de los diferentes tipos de biomasa a medida que se degradan. 

A medida que la biomasa se descompone, también se libera agua, gases e hidrocarburos atrapados. Estos productos de pirólisis pueden capturarse y usarse para producir biocombustibles, que pueden usarse para el transporte o la generación de energía. 

«Básicamente, la idea principal es hacer que todos los productos de la pirólisis sean útiles», dijo Ossler.  

Frederik Ossler, de la Universidad de Lund, analizó muestras de madera (foto), paja y corcho para comprender mejor cómo se degradan estos combustibles de biomasa a medida que se someten a temperaturas extremas. (Crédito de la imagen: ORNL / Genevieve Martin)

Una vez que la biomasa ha sido pirolizada, deja atrás un material derivado conocido como biochar, que se asemeja al carbón vegetal y se puede utilizar para mejorar la calidad del suelo en la agricultura y la jardinería. Usando la dispersión de neutrones, Ossler y Finney pueden rastrear cómo la biomasa cambia internamente a medida que se piroliza y se convierte en biochar.  

“La idea es que se puedan extraer combustibles de la biomasa, y el carbón restante tiene un alto valor como enmienda del suelo. En realidad, tiene beneficios positivos para el suelo al retener los nutrientes y la humedad ”, dijo Finney.  

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Esta no es la primera vez que Ossler visita ORNL para realizar una investigación utilizando neutrones. 

«Vengo delcampo de los láseres, rayos X y sincrotrones, pero los neutrones son excepcionales», dijo Ossler. «Yo diría que es una técnica única para explorar materiales y sistemas complejos en los que básicamente no se tiene acceso de otra manera».  

Este proyecto amplía las investigaciones anteriores y forma parte de un estudio multianual en curso que aplica técnicas de dispersión de neutrones para explorar la estructura interna de la biomasa mientras se calienta. Esta investigación también beneficia a los programas de investigación de la Oficina de Tecnologías de Bioenergía del DOE que abordan el complejo desafío del modelado por computadora de pirólisis para una amplia gama de  diferetnes tipos de biomasa.  

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